電力系統無功補償現狀的分析研究

陽一正

（四川省電力公司廣安電業局，四川 廣安 638000）

近些年來，國民經濟發展迅速，快速發展的經濟帶來了科學技術的提升，我國的電力行業一直高速向前發展著，隨之而來的是日益完善的電網建設。負荷快速增長，使得無功的需求也有很大幅度地上升，導致電網中的無功功率不平衡，無功功率大量存在。在電力系統內部安裝同步補償機，可以使發電機生產更多的有功功率，在輸送設備中安裝補償電容器，可以使設備輸送更多的有功功率。這兩種辦法對于降低設備中的有功損耗以及設備中的電壓質量有很大的作用。我們也可以這樣說，在電力的生產、輸送或者是消耗過程當中，進行無功補償是非常必要的，它對于整個供電系統的安全、穩定能起到很好的促進作用。

一、無功補償的概念原理

（一）無功補償，又叫做無功功率補償，在電力系統中可以降低供電變壓器的損耗、降低輸送線路中的損耗，從而起到提高電網功率因數的效果。選擇合適的補償裝置，能使電網提高供電質量。若選擇與使用不當，便會造成供電系統的電壓波動，諧波增大等一系列問題。

（二）無功補償的原理

電網輸出的功率包含有兩部分；一為有功功率，它會直接消耗電能,或者把電能轉化成其它能量，如機械能、熱能、聲能、光能或者化學能,再利用這些轉化后的能來進行作功。這部分功率叫做有功功率。第二種是無功功率，它不消耗電能;只是作為電氣設備正常作功的必備條件，比如在電氣設備中的電感、電容元在工作時建立磁場所需要的功率，這部分功率叫做無功功率。在生活與工業的用電負載中，絕大部分都屬于應用了電磁感應原理而形成的感性負載，比如電動機、繼電器、壓縮機、日光燈等等，在運行的過程中，這些設備都需要無功補償來協助應用。

二、電力系統無功補償的種類

按照電容器位置的不同，無功補償可以分為：

（一）供應處補償。為使整個變電所功率因數提高，可以采用集中補償的方式，做法是將電容器組集中裝在總降壓變配電所的10千伏母線之上。這樣做，能減少電能在高壓線路上的無功損耗，且可提高供電電壓的質量。

（二）分組補償。在功率因數相對較低的各配電所的母線上，分別裝設電容器。這樣做，無功補償的范圍和容量相對較小，但是可以分散安裝，效果明顯。

（三）單臺電動機使用地補償。在感性用電的設備附近安裝電容器，用以進行無功補償。此辦法可具體提高感性用電設備的功率因數與電壓質量。

在實際的供電工作中，這三種辦法的使用都要兼顧到，統一安排，合理分布，以期達到最好的無功補償效果。

三、電力系統無功補償的現狀

在電力系統的實際工作中，感性無功電流主要是由傳統的異步電動機產生的，電力電子裝置極大多數的功率因數不高，繼而會產生大量無功電流，無功電流再進一步產生無功功率。正是由于電網本身運行規律的這種特殊性，決定了必然會在其工作中出現無功功率，無功功率本身不可缺少，但是它不作有用功，又會在電網工作中帶來損耗，并且給全電網的供電質量帶來負擔。

故此，為了保持電網運行的高質量，無功補償就成為必不可少的方法。

在早期的無功補償工作中，主要的裝置是并聯電容器和同步調相機。并聯電容器價格低、安裝簡易、方便維護，但是它的不足之處太多，比如電容量固定，在系統中不能分級補償；系統中會下降更多電壓；易于產生并聯諧振，使原來存在的諧波電流增大。而同步調相機，是最早的完整意義上的無功功率補償設備，但是它本身運行復雜，維護麻煩，損耗大，噪聲高。隨著并聯電容器的普及使用，它一度居于次要地位。但是，在系統故障引起電壓降低的時候，它可以在短時期內給受電側提供電壓支持，使電力系統保持穩定。

現在，人們更樂于接受的是靜止無功功率補償技術。所謂靜止無功功率補償指的是用不同的靜止開關投切電抗器或者電容器，使其具有發出與吸收無功電流的能力，用以達到使電力系統功率因數提高、系統電壓穩定、系統振蕩受到抑制的目的。隨著電子技術的成熟與發展，自換相變流電路的方法應用到了靜止無功功率補償裝置中來，由此產生了靜止無功功率發生器。它對于原有技術上難以避免的噪聲與振動問題的解決，是一個突破。靜止無功補償裝置是1978年在美國開始使用的，近十多年以來，已在國內得到了廣泛應用。電容器和感性負荷并聯在一起，用并聯的電容器來對無功功率進行補償，結構簡潔、方便經濟。

在目前，除了對于交換虛擬電路和靜止無功發生器的無功補償加以探討外，人們正致力于對動態無功補償中的其它形式靜止變流器的研究。目前比較先進的是由美國研究的柔性交流輸電系統，它的本質是在電力系統中應用到高壓大功率電子技術，來提高電力系統輸電能力和控制能力。是比較經濟、方便的方法。其發展趨勢主要有三種；具有飽和電抗器的無功補償裝置；晶閘管控制電抗器；閘管投切電容器。

四、電力系統無功補償應該注意的幾個問題

（一）防止產生諧振。諧振是指電網系統中強迫振蕩的頻率很接近自由振蕩頻率而產生的振蕩現象。對于供電線路中有諧波源的，要增設電抗器，盡量把諧波的影響降下來，防止諧振現象發生帶來的電容器損壞。

（二）無功功率補償因數要控制在合理的范圍。不要強求高補償度，那樣會帶來無謂的損失。根據實踐，功率因數從0.8 提高到0.9，在實際效果上，與把功率因數從0.9 提高到1.0，補償容量是差不多的。具體實施起來，應該根據投資與實際功效綜合來考慮。

（三）若采用單臺電動機使用地補償的方式，一定要防止過分補償。因為電動機在切斷電源之后，因為慣性作用，還會繼續運行一段時間，其磁場會因為得到自勵產生電壓，而反向系統輸送無功，多余的無功功率會使系統電壓升高，使設備安全受到威脅。

（四）防止電壓過大。電容器的補償容量不可過大，否則，易引起電網電壓的升高、電容器自身的損壞。實際電壓值不得超過額定電壓的1.1 倍。

五、電力系統的無功補償裝置順序控制要合乎科學

在電力系統的無功功率補償基本方案確立下來之后，無功補償裝置的的投切便要開始進行。在實際的操作過程中，不止有一個調壓裝置，在眾多的調壓裝置中，必然會有先后順序的不同，不可能同時同步完成。與此同時，不同的控制動作之間，也會互相影響。在配電網中，某個節點的電壓控制器發生變化，會致使相鄰節點的電壓水平產生相應的變化，相鄰節點的電壓水平變化，又會對與它鄰近的節點產生影響。在無功補償裝置投切操作過程中，不是一次性完成，而是需要反復進行投切，這樣，必然會導致電網系統的電壓波動，甚至是控制振蕩。繼而對配電網的供電質量和供電可靠性都產生影響。所以，調壓裝置的投切要科學合理，有先有后地進行，盡量照顧到每個節點的供電工作，把電網電壓的改變控制在最小的波動范圍中。

另外，在無功補償中，經常出現以下幾個方面的問題。1、電容器頻繁損壞。2、電容器外熔斷器在運行中發生熔斷。3、電容器組使用率低、經常投入。對于上面這幾個問題，我們要進行專門的研究，對無功補償設備綜合整治，以期達到無功功率補償設備的正常使用。

總結：

電力系統的無功補償關鍵點是要補償低壓無功功率負荷，給配電網的供應、傳輸設備進行無功補償，既可以減輕上一級電網壓力，亦且能提高配電變壓器的利用率，促使用電用戶的電壓質量得到改善，同時，在電網功率因數、電能損失，用戶電費支出等諸多方面，無功補償都能夠起到積極的作用。在現代的電力系統中，最大幅度發揮輸電線路設計容量和提升系統運行穩定性提，是兩大重要課題，在電子技術快速發展的前提下，電網能量傳輸過程中的大量無功功率使電能利用率嚴重降低并且嚴重影響到了供電的質量，我國目前使用廣泛的還是靜止無功功率補償裝置。而基于智能控制策略的可以進行無功功率動態補償的晶閘管投切電容仍需大力推廣。

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